CN105723240B - 用加速度/减速度确定设备和船只间的错位的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种使用平台的加速度和/或减速度，用于确定设备和平台(诸如例如船只或车辆)之间错位的方法和设备，其中设备可以被捆绑或非捆绑至该平台，并且其中在非捆绑的情况中，设备的移动性可以被约束或非约束在平台中。在非捆绑的情况中，设备可以在平台内移动或向任何方向倾斜，且仍然提供无缝导航解决方案而不降低此导航解决方案的性能。当设备在平台中的支托物中，仍然认为是非捆绑的，因为它可能相对于平台移动。本方法可以利用来自传感器(诸如例如加速度计、里程计/车轮编码器、陀螺仪等)的测量(读数)，不论导航信息的更新(诸如，例如，全球导航卫星系统(GNSS)或WiFi定位)存在或缺失。

Description

用加速度/减速度确定设备和船只间的错位的方法和装置
相关申请
本申请要求2013年9月16日提交的美国临时专利申请No.61/878,520的权益，该专利申请的公开内容通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开涉及一种用于确定设备和平台(诸如例如船只或车辆)之间错位的方法和设备，其中设备可以被捆绑(strapped)或非捆绑(non-strapped)至该平台，并且其中在非捆绑的情况中，设备的移动性可以被约束或非约束在平台中。
背景技术
平台的惯性导航是基于比力(specific force)和角速度的集成，该力和角速度由惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪)和包含该传感器的设备所测量。一般地，该设备被置于平台内部，并通常捆绑至该平台。来自设备的此种测量可以用来确定该设备和/或平台的位置、速度和姿态。
该平台可以是可能临时静止的能够运动的平台。一些平台的示例可以是任何类型的车辆或船只。该船只可以是基于陆地上的、海上的或空中的。
平台内的惯性传感器的对齐(与该平台的前向、横向和垂直轴)对惯性导航是关键的。如果惯性传感器(如加速度计和陀螺仪)没有与该平台完全对齐，使用惯性传感器的读数所计算的位置和姿态将不能代表平台。因而，修理平台内的惯性传感器是提供高精准导航解决方案的导航系统的要求。
对于捆绑系统，用于确保最优导航解决方案的一个已知手段是利用在平台内惯性传感器的仔细地手动安装。然而，便携式导航设备(或具有导航能力的设备)能够移动，不论是在平台中(诸如例如在船只或车辆)被约束或非约束，所以仔细安装绝非良策。
现有便携式导航设备(或具有导航能力的设备)不能获得平台的准确姿态和位置，除非已知下列三个条件中的至少一个：
1)设备和平台的绝对姿态角；
2)设备的绝对姿态角、以及设备与平台之间的错位；
3)平台的绝对姿态角、以及设备与平台之间的错位。
上述第一条件至少需要两个传感器组件，一个在设备上和一个在平台上，因而错位的了解是在没有先前提到的约束的情况下启用便携式导航设备的关键因素。
对于导航，手机/智能电话由于配备了辅助全球定位系统(AGPS)芯片组，变得十分流行，该芯片组(在通过利用网络连接，显著提高启动性能的基础上)进一步使用高灵敏度能力来提供平台的绝对位置，即便在一些对于卫星信号不能保证清晰视线的环境中。深户内或挑战的户外(不能利用AGPS解决方案的地方)导航或定位包括蜂窝塔架ID或(如果可能的话)用于定位的塔架三边测量。尽管这两种已经出现在很多移动设备的定位方法中，单准确的室内定位仍提出挑战并且未能满足当今的基于位置的服务(LBS)的准确度要求。此外，这些方法仅可提供平台的绝对航向(heading)而没有关于设备的航向的任何信息。
许多移动设备(诸如，移动电话)配备有主要用于屏幕控制和娱乐应用的微机电系统(MEMS)传感器。这些传感器，由于非常高的噪声、大的随机漂移率和相对于承载平台的频繁改变的取向，目前还没有被广泛用于导航目的。
在很多移动设备内也可以找到磁力计。在某些情况下，已表明如果用户足够小心保持设备相对于其身体的特定取向(诸如当在校准磁力计之后小心保持在用户前面时)，使用加速度计和磁力计的导航解决方案也许是可能的。
因此，存在能够精准地利用来自平台内的设备的测量的导航解决方案的需求，以确定设备/平台的导航状态，而没有平台上的约束(即，室内或室外环境)或设备的移动。平台的位置和姿态的估计应独立于设备的使用(例如，导航期间在平台内放置或移动设备的方式)。在上面的场景中，设备可以在平台内移动或向任何方向倾斜，即便在如此场景中设备仍然需要提供无缝导航。这再次强调了设备和平台之间错位的关键的重要性，让设备能在相对于平台的任何方向中使用。
因此，对于使用设备的导航，要求缓解此问题的方法，其中设备的移动可以约束或非约束于平台内部，并且其中设备可以在平台内移动或向任何方向倾斜。
除了上面提到的便携式设备的应用(该应用包括完整的导航解决方案，包括位置、速度和姿态、或位置和姿态)之外，还有其它应用(其可包括估计完整的导航解决方案，或仅姿态解决方案或姿态和速度解决方案)，其中对于增强用户体验和可用性，需要缓解上述问题的方法，并且可应用于多个场景。
发明内容
本公开涉及一种通过使用平台的加速度和/或减速度，确定设备和平台(诸如例如船只或车辆)之间错位的方法和设备，其中设备可以被捆绑或拴系(strapped/tethered)或非捆绑或非拴系(non-strapped/non-tethered)至该平台，并且其中在非捆绑的情况中，设备的移动性可以被约束或非约束在平台中。在非捆绑的情况中，设备可以在平台内移动或向任何方向倾斜，且仍然提供无缝导航解决方案而不降低此导航解决方案的性能。当设备在平台中的支托物中，仍然认为是非捆绑的，因为它可能相对于平台移动。传感器具有用于传感器的各轴的对应坐标系。设备和平台之间的错位对应于设备中的传感器组件的坐标系与平台的坐标系之间的错位。方法可以利用来自传感器(诸如例如加速度计、里程计/车轮编码器、陀螺仪等)的测量(读数)，不论导航信息的更新(诸如，例如，全球导航卫星系统(GNSS)或WiFi定位)存在或缺失。
本方法和装置可被用于计算覆盖整个错位空间的连续错位角度，而不只是此角度的离散值或预定值。
本方法和设备可以用来计算绝对错位角度，而不是相对错位角度。
在平台内的非捆绑设备中，本方法可以和相对于平台的不同设备使用和方向工作。
在平台内的非捆绑设备的情况中，本发明和装置可以用于计算设备和平台之间的初始错位角度，在运行中可能改变的连续错位角度，或初始和连续错位角度二者。
在平台内的捆绑设备的情况中，本发明和装置可以用于计算设备和平台之间的安装错位。
所述方法包括下列步骤：
a)检测平台的加速度和/或减速度。这个可以通过使用下列一个或任何结合来达成：(i)加速度计读数，(ii)里程计读数，(iii)车轮编码器，(iv)绝对导航信息(当可获得时)，(v)静止(即，静态)时段的检测，(vi)任何类型的集成的导航解决方案，(vii)上面任一或任何结合的平滑、平均或滤波版本，(viii)上面任一或任何结合的缓冲历史，和/或(ix)上面任一或任何结合的缓冲历史的平滑、平均或滤波版本。在某些实施例中，此步骤不断地来做，来检查是否检测到加速度或减速度。在其他实施例中，此步骤可以当平台以直线移动的时候来做。
b)获得沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量。这可以通过以下获得：(i)水平化的加速度计读数，(ii)加速度计读数的水平化的缓冲历史，(iii)平滑、平均或滤波版本的水平化的加速度计读数，或(iv)平滑、平均或滤波版本的水平化的加速度计读数的缓冲历史。
c)当从步骤a)中检测到加速度或减速度，通过使用沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量，计算设备和平台之间的错位角度。错位角度的计算取决于其是否为加速度或减速度。
在使用可选的静止(静态)时段的检测的情况中，检测可以取决于下列各项中的任一或任何结合等等：(i)加速度计读数，(ii)陀螺仪读数，(iii)里程计读数，(vi)车轮编码器读数，和/或(v)绝对导航信息(当可获得时)。
在某些实施例中，可以使用可选例程来将计算的错位角度平均、平滑或滤波。在这些实施例中，可以使用任何平均、平滑或滤波的技术。
在某些实施例中，可以使用可选例程来再次检查通过以上方法计算出的错位角度是否为合理的而不是噪声，并且防范此类情况。
在某些实施例中，可以使用可选例程，其对由本文的方法提供的错位和用于确定设备与平台或船只之间的错位的一个或更多其他方法进行结合。
可使用上述可选例程中的任一个或任何组合。
概括地说，在某些实施例中，使用平台的加速度或减速度来确定设备和平台之间错位的方法和设备，其中该设备包括能够提供传感器读数的传感器，其中所述传感器包括有至少两个轴线的至少一个加速度计，该方法包括以下步骤：a)检测平台的加速度或减速度；b)获得来自加速度计的沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量；和c)当检测到加速度或减速度，通过使用沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量，计算设备和平台之间的错位角度。
附图描述
图1示出了在便携非捆绑设备情况中的设备的灵敏轴的示例(a)，以及在便携非捆绑设备情况中的设备和平台之间的错位的示例的描绘，其中该平台为车辆(b)；和
图2示出本发明的一个实施例的流程图(在虚线框中示出可选的方法)。
具体实施方式
本发明涉及一种通过使用平台的加速度和/或减速度，确定设备和平台(诸如例如船只或车辆)之间错位的方法和设备，其中设备可以被捆绑(strapped/tethered)或非捆绑(non-strapped/non-tethered)至该平台，并且其中在非捆绑的情况中，设备的移动性可以被约束或非约束在平台中。在非捆绑的情况中，设备可以在平台内移动或向任何方向倾斜，且仍然提供无缝导航解决方案而不降低此导航解决方案的性能。当设备在平台中的支托物中，仍然认为是非捆绑的，因为它可能相对于平台移动。传感器具有用于传感器的各轴的对应坐标系。设备和平台之间的错位对应于设备中的传感器组件的坐标系与平台的坐标系之间的错位。此方法可以利用来自传感器(诸如例如加速度计、里程计/车轮编码器、陀螺仪等)的测量(读数)，不论导航信息的更新(诸如，例如，全球导航卫星系统(GNSS)或WiFi定位)存在或缺失。
该平台是可能临时静止的能够运动的平台。一些平台的示例可以是任何类型的车辆或船只。该船只可以是基于陆地上的、海上的或空中的。
本文使用的术语加速度或减速度被理解为包容性的(不是排他性的)。当提到术语加速度或减速度，加速度意味着平台正在加速(即，平台速度正在变得更高)，而减速度意味着平台正在减速(即，平台速度正在变得更低)。加速度测量比力，因此加速度读数包括比力。当从加速度计读数中移除重力分量，它们成为“加速度读数”。当平台加速时“加速度读数”为正，平台减速时为负。加速度读数的水平化(leveled)水平分量等于加速度计读数的水平化水平分量。加速度读数的水平化水平分量不包括重力，而加速度计读数的水平化垂直分量包括重力。
设备被“捆绑”、向下捆绑、拴系至平台，当其以固定方式物理地连接至平台而不在导航期间随时间改变。在捆绑的设备的情况中，设备和平台之间相对的位置和方向不在导航期间随时间改变。当设备有相对于平台(或在平台内)的移动，设备为“非捆绑”或非拴系。这意味着设备和平台之间相对的位置或相对的方向可能在导航期间随时间改变。设备在两种场景中可以为“非捆绑”：其中设备在平台内的移动是“非约束的”，或其中设备在平台内的移动性是“约束的”。设备在平台内的移动是“非约束的”的示例是在船只或车辆中的人，其中该人有诸如智能手机的便携设备在其手中，用于打字或查看目的(手也可能移动)，在他们耳边，在皮带扣中，在口袋里，等等，其中此使用情况可以随时间改变，甚至每个使用情况可以有相对于用户改变的方向。“约束的”移动的示例可以是当用户进入车辆并将便携设备(诸如智能手机)放入可转动的支托物或支架中。在此示例中，用户可以在导航期间的任何时候旋转支托物或支架，因此可能相对于平台或车辆改变设备的方向。
绝对导航信息是与导航和/或定位有关的信息，并且由“基于参考”的系统所提供，该“基于参考”的系统依赖于诸如例如全球导航卫星系统(GNSS)之类的外部信息源。另一方面，自包含的导航信息是与导航和/或定位有关的信息，并由设备/平台内的自包含和/或“非基于参考”的系统来提供，并且因而不必依赖于可能中断或阻塞的外部信息源。自包含信息的示例是来自运动传感器(如加速度计和陀螺仪)的读数。
本方法和装置可被用于计算覆盖整个错位空间的连续错位角度，而不只是此角度的离散值或预定值。
本方法和设备可以用来计算绝对错位角度，而不是相对错位角度。
在平台内的非捆绑设备中，本方法可以和相对于平台的不同设备用途和方向一起工作。
在平台内的非捆绑设备的情况中，本发明和装置可以用于计算设备和平台之间的初始错位角度，在运行中可能改变的连续错位角度，或初始和连续错位角度二者。
在平台内的捆绑设备的情况中，本发明和装置可以用于计算设备和平台之间的安装错位。
应当注意，本方法可以用于各种应用，该应用包括但不限制于包含导航解决方案的如下应用：
●位置、速度和姿态，或
●仅位置和姿态，
或部分导航解决方案，包括：
●仅姿态和速度，或
●仅姿态。
设备包括能够提供传感器读数的传感器和可使用来处理本方法的处理器。设备至少包括用于测量加速度或比力的有至少两个轴的加速度计。典型的设备包括三轴加速度计，其用于测量沿着每一个灵敏轴(即，x轴、y轴和z轴)的加速度或比力。在某些实施例中，该设备可包含其它传感器，诸如例如，陀螺仪、磁力计、气压计以及其它。在一些实施例中，如果可供使用的话，设备可以通过有线或无线连接从在平台上的里程计或车轮编码器获得读数。在一些实施例中，设备可以包括绝对导航信息的接收器(诸如例如GNSS、WiFi或二者，等等)。
在平台内的非捆绑设备的情况中，在正常的使用期间，设备(例如便携电话)的姿态自由改变。事实上，此设备通常经历沿着其任何主轴(即，x轴、y轴和z轴)的旋转运动。在图1中定义这样的轴，其中设备的前向轴被定义为x轴，垂直或z轴向下指向，并且横向轴或y轴以完成右手坐标系的方式进行定义。
在平台内非捆绑设备的情况中，设备在平台内的方向不代表平台的方向。该设备可经历相对于平台，沿其任何主轴的任何数量的旋转运动。设备的这些旋转运动不表明平台正在经历相同的取向变化。例如，平台可在水平化的2D平面上移动，而设备可能正在经历任意数量的可能的横摇角和俯仰角。图1示出了非捆绑设备和示例平台(机动车辆)之间的可能的关系。
横摇被定义为设备沿着前向x轴的旋转，而俯仰是沿着横向y轴的旋转。在平台内的非捆绑设备的情况中，因为设备用户根据需要自由旋转该设备，所以设备可具有相对于平台的横摇、俯仰和方位(航向)的若干变化。在平台内的捆绑设备的情况中，设备将具有相对于平台的相同的横摇、俯仰和方位。
本方法包括下列步骤：
a)检测平台的加速度和/或减速度。这个可以通过使用下列一个或任何结合来达成：(i)加速度计读数，(ii)里程计读数，(iii)车轮编码器，(iv)绝对导航信息(当可获得时)，(v)静止(即，静态)时段，和是否转到静止时段或转出静止时段的检测，(vi)任何类型的集成的导航解决方案，(vii)上面任一或任何结合的平滑、平均或滤波版本，(viii)上面任一或任何结合的缓冲历史，和/或(ix)上面任一或任何结合的缓冲历史的平滑、平均或滤波版本。在某些实施例中，此步骤不断地来做，来检查是否检测到加速度或减速度。在其他实施例中，此步骤可以当平台以直线运动的时候来做。如果使用可选的直线检测，可以使用如下作为示例等检测：(i)陀螺仪读数，(ii)绝对导航信息(当可获得时)，(iii)从陀螺仪、磁力计、绝对导航信息等等的任一或任何结合获得的航向角，(iv)上面任一或任何结合的平滑、平均或滤波版本，(v)上面任一或任何结合的缓冲历史，和/或(vi)上面任一或任何结合的缓冲历史的平滑、平均或滤波版本。
b)获得沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量。这可以通过以下方式获得：(i)水平化的加速度计读数，(ii)水平化的加速度计读数的缓冲历史，(iii)平滑、平均或滤波版本的水平化的加速度计读数，或(iv)平滑、平均或滤波版本的水平化的加速度计读数的缓冲历史。在加速度计还没有水平化的情况中，横摇和俯仰角可以用来水平化加速度计读数，来获得加速度读数的水平化水平分量。在此情况中，纵摇和俯仰角可以根据以下各项中的任一等等来计算：(i)通过诸如例如四元法的不同方法的任一的陀螺仪，(ii)加速度计读数或平均的加速度计读数(无论是固定时间平均或是运动平均)，(iii)集成导航解决方案，该集成导航解决方案使用任何类型的集成技术和集成不同传感器和/或系统，诸如例如下列的一些或全部：加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计、或任何导航信息更新(诸如例如GNSS、WiFi、或任何其他无线技术)。
c)当从步骤a)中检测到加速度或减速度，通过使用沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量，计算设备和平台之间的错位角度。错位角度的计算取决于其是否为加速度或减速度。在某些实施例中的使用错位角度的可能的计算的示例是:(i)当检测到加速度，错位角度是
atan2(-accel水平化,横向,accel水平化,前向)；(ii)当检测到减速度，错位角度是
atan2(accel水平化,横向,－accel水平化,前向)。分量
accel水平化,前向和accel水平化,横向可以是：(i)沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量；(ii)沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量的缓冲历史；(iii)沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量的缓冲历史的和；(iv)平滑、平均或滤波版本的沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量；或(iv)平滑、平均或滤波版本的沿着设备前向和横向轴线的加速度读数的水平化水平分量的缓冲历史。
在使用可选的静止(静态)时段的检测的情况中，检测可以取决于下列各项中的任一或以及其他的结合：(i)加速度计读数，(ii)陀螺仪读数，(iii)里程计读数，(vi)车轮编码器读数，和/或(v)绝对导航信息(当可获得时)。
在某些实施例中，可以使用可选例程来将计算的错位角度平均、平滑或滤波。在这些实施例中，可以使用任何平均、平滑或滤波的技术。
在某些实施例中，可以使用可选例程来再次检查通过以上方法计算出的错位角度是否为合理的(非噪声)，并且防范此类情况。
在某些实施例中，可以使用可选例程，该例程将由本文提供的方法获得的错位与用于确定设备与平台或船只之间的错位的一个或更多其他方法相结合。在某些实施例中，来自不同方法所计算的错位的结合可以通过使用任何平均、平滑或滤波技术来实现；可以使用的滤波技术的一个示例是卡尔曼(Kalman)滤波。
可使用上述可选例程中的任一个或任何组合。
在图2中示出了根据本发明中的方法的一个实施例的框图。方法的可选组成部分用虚线和虚线框标记。
本文呈现的方法和装置可以和任何导航解决方案(独立于本导航解决方案中使用的情形估计和滤波技术的类型)结合。情形估计技术可以是线性的、非线性的或其组合。导航解决方案中使用的不同示例可以依赖于卡尔曼滤波器、扩展的卡尔曼滤波器、诸如粒子滤波器等的非线性滤波器，或诸如神经网络或模糊系统的人工智能技术。导航解决方案中使用的情形估计技术可以使用任何类型的系统和/或测量模型。导航解决方案可以遵循用于集成不同传感器和系统的任何模式，诸如例如松耦合集成模式或紧耦合集成模式等等。导航解决方案可以利用建模(使用线性或非线性、短存储器长度或长存储器长度)和/或针对所使用的惯性传感器和/或其他传感器的误差的自动校准。
本方法可以与运输技术的模式和模式检测技术结合，来建立运输模式。这让诸如例如步行和驾驶等等可能模式的不同场景的能够辨别。
构想的实施例
本公开描述了身体坐标系是x前向、y朝身体的右侧为正，且z轴向下为正。可以构想，任何身体坐标系定义可被用于本文中所描述的方法和装置的应用。
构想了以上呈现的方法可以与导航解决方案一起使用，该导航解决方案可以选择性地利用自动零速度时段或静止时段检测，用其可能的更新和惯性传感器偏置重新计算、非完整更新模块、惯性传感器误差的高级建模和/或校准、从GNSS中(在适当时)推导出它们的可能测量更新、GNSS解决方案质量的自动评估以及检测降级的性能、在松和紧耦合集成模式之间自动切换、每一可见GNSS卫星的评估(在处于紧耦合模式时)、并最终可能可与具有任何类型的后向平滑技术的后向平滑模块一起使用，并且在任务后或在同一任务内的缓冲数据上的后台中运行。
进一步构想了以上呈现的方法也可与以下导航解决方案一起使用：该导航解决方案被进一步编程以在后台运行例程来模拟绝对导航信息的人工中断，并估计用于本导航模块中的解决方案的情形估计技术的另一实例的参数以优化该解决方案的精确性和一致性。精确性和一致性通过将模拟中断期间的临时后台解决方案与基准解决方案进行比较来评估。基准解决方案可以是以下示例之一：绝对导航信息(例如，GNSS)；在设备中的前向集成的导航解决方案，该解决方案将可用的传感器与绝对导航信息(例如，GNNS)集成，和可能地与可选地的速率或速度读数集成；或后向平滑的集成的导航解决方案，该解决方案将可用的传感器与绝对导航信息(例如，GNNS)集成，和可能地与可选地的速率或速度读数集成。后台处理可以在与前向解决方案处理相同的处理器上运行，或在可与第一处理器通信并可从共享位置读取保存数据的另一处理器上运行。后台处理解决方案的结果可以使实时导航解决方案在其将来运行中获益(即，在后台例程已完成运行之后的实时运行)，例如，具有用于本模块导航的前向情形估计技术的参数的改进的值。
进一步构想了以上呈现的方法也可与导航解决方案一起使用，该导航解决方案进一步与地图(诸如街道地图、室内地图或模型，或任何其他环境地图或模型，在具有这样的地图或模型可用的应用的情况下)以及地图匹配或模型匹配例程集成。地图匹配或模型匹配可在绝对导航信息(诸如GNNS)降级或中断期间进一步增强导航解决方案。在模型匹配的情况下，获取与环境有关的信息的传感器或传感器群可被使用，诸如例如激光测距器、相机以及视觉系统或声纳系统。这些新系统可被用作额外帮助来在绝对导航信息问题(降级或缺失)期间增强导航解决方案的精准性，或者在一些应用中，它们可以完全替代绝对导航信息。
进一步构想了以上呈现的方法也可与导航解决方案一起使用，该导航解决方案，在按紧耦合模式或混合松/紧耦合选项工作时，不必被限于利用伪距测量(它们是根据代码而非载波相位来计算的，因而它们被称为基于代码的伪距)和多普勒(Doppler)测量(用来获得伪距速率)。GNSS接收器的载波相位测量也可被使用，例如：(i)作为替换方式来计算距离以代替基于代码的伪距，或(ii)通过合并来自基于代码的伪距和载波相位的测量来增强距离计算；这样的增强是载波平滑的伪距。
进一步构想了以上呈现的方法也可与导航解决方案一起使用，该导航解决方案依赖于GNSS接收器与其他传感器的读数之间的超紧密集成模式。
进一步构想，以上所呈现的方法和装置还可与以下导航解决方案一起使用，该导航解决方案使用也可被用于定位和导航的各种无线通信系统作为附加辅助(其在GNSS不可用时将是更有益的)或作为GNSS信息的替代(例如，对于GNSS不适用的应用)。用于定位的这些无线通信系统的示例是诸如由蜂窝电话塔和信号、无线电信号、数字电视机信号、WiFi或Wimax提供的那些系统。例如，对于基于蜂窝电话的应用，来自蜂窝电话塔的绝对坐标和室内用户与塔之间的距离可被用于定位，藉此可通过不同的方法来估计距离，在这些方法中计算到达时间或最接近蜂窝电话定位坐标的到达时间差。称为增强观察时间戳(E-OTD)的方法可被用来获得已知的坐标和距离。距离测量的标准偏差可依赖于蜂窝电话中使用的振荡器的类型以及蜂窝塔定时装备和传输损失。WiFi定位可以按各种方式来完成，包括但不限于到达时间、到达时间差、到达角、收到信号强度、以及指纹技术，以及其他；所有这些方法提供不同程度的准确度。用于定位的无线通信系统可以使用不同技术来对测距、角度、或信号强度中的误差进行建模，并且可以使用不同的多路径减轻技术。所有上述概念以及其他也可按类似的方式来应用于基于无线通信系统的其他无线定位技术。
进一步构想，以上所呈现的方法还可与利用来自其它移动设备的辅助信息的导航解决方案一起使用。这一辅助信息可被用作附加辅助(在GNSS不可用时将更有益处)或作为GNSS信息的替换(例如，对于基于GNSS的定位不适用的应用)。来自其他设备的辅助信息的一个示例可以依赖于不同设备之间的无线通信系统。底层概念是具有更好定位或导航解决方案的设备(例如，具有带良好可用性和精准度的GNSS)可帮助具有降级的或不可用的GNSS的设备获的改进的定位或导航解决方案。这一帮助依赖于辅助设备的公知位置以及用于定位具有降级的或不可用GNSS的设备的无线通信系统。这一所构想的变型涉及以下情况之一或两者：(i)具有降级的或不可用GNSS的设备利用本文描述的方法并获得来自其他设备和通信系统的辅助，(ii)具有可用GNSS并且因而具有良好导航解决方案的辅助设备利用本文描述的方法。用于定位的无线通信系统可依赖于不同通信协议，并且它可依赖于不同方法，诸如例如到达时间、到达时间差、到达角和收到信号强度等等。用于定位的无线通信系统可以使用不同技术来对来自无线信号的测距和/或角度中的误差进行建模，并且可以使用不同的多径缓解技术。
构想了以上呈现的方法也可与本文描述的作为示例描述的基于MEMS的传感器之外的各种类型的惯性传感器一起使用。
上述实施例和技术可以在软件中被实施为各种互连的功能块或不同的软件模块。然而，这不是必须的，并且可以存在以下情况：这些功能块或模块等同地聚集进入成具有不清晰边界的单个逻辑器件、程序或操作。在任何情况下，实现上述各实施例或接口的各特征的功能块和软件模块可由它们本身来实现，或结合其他硬件或软件操作来实现，被完全实现在设备内或结合该设备以及与该设备通信的其他启用处理器的设备(如服务器)来实现。
虽然已经示出并描述了几个实施例，但本领域技术人员将明白，可对这些实施例作出各种改变和修改而不改变或背离它们的范围、意图或功能。在上述说明书中使用的术语和表达在本文中用作描述而非限制的术语，并且使用这些术语和表达不旨在排除所示出并描述的特征或其各部分的等效方案，要认识到，本发明只有所附权利要求书来定义和限定。

Claims (27)

1.一种使用平台的加速度或减速度来确定设备和所述平台之间的航向错位的方法，其中该设备包括能够提供传感器读数的传感器，其中所述传感器包括有至少两个轴线的至少一个加速度计，所述方法包括以下步骤：
a)检测所述平台的加速度或减速度；
b)获得来自所述加速度计的沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量；和
c)当检测到加速度或减速度，通过使用沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的所述水平化的水平分量，计算所述设备和所述平台之间的航向错位角度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法：(i)在缺失绝对导航信息中可用，和(ii)当绝对导航信息可获得时可用。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备进一步包括计算航向角的装置，并且其中当所述平台沿直线运动时，执行检测加速度或减速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，检测加速度或减速度使用以下中的至少一者：(i)加速度计读数，(ii)里程计读数，其中所述平台包括能够提供所述里程计读数的里程计，并且其中所述读数通过有线或无线连接传送至所述设备，(iii)车轮编码器读数，其中所述平台包括能够提供所述车轮编码器读数的车轮编码器，并且其中所述读数通过有线或无线连接传送至所述设备，(iv)绝对导航信息，其中所述设备包括用于接收所述绝对导航信息的接收器，(v)静态时段的检测，其中所述设备包括用于检测所述静态时段的装置，和(vi)集成的导航解决方案，其中所述设备包括用于运行所述集成的导航解决方案的装置。
5.如权利要求4的方法，其特征在于，检测加速度或减速度使用以下中的至少一者：(i)所使用的值的任一或任何结合的缓冲历史，(ii)所使用的值的任一或任何结合的平滑的版本，其中所述平滑通过平均技术获得，(iii)所使用的值的任一或任何结合的平滑的版本，其中所述平滑通过滤波技术获得，和(iv)所使用的值的任一或任何结合。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设备包括用于检测静态时段的装置，并且其中所述静态时段的检测使用以下中的至少一者：(i)所述加速度计读数，(ii)陀螺仪读数，其中所述设备包括能够提供所述陀螺仪读数的陀螺仪传感器，(iii)里程计读数，其中所述平台包括能够提供所述里程计读数的里程计，并且其中所述读数通过有线或无线连接传送至所述设备，(iv)车轮编码器读数，其中所述平台包括能够提供所述车轮编码器读数的车轮编码器，并且其中所述读数通过有线或无线连接传送至所述设备，和(v)绝对导航信息，其中所述设备包括用于接收所述绝对导航信息的接收器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获得沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量包括下列之一：(i)水平化的加速度计读数，(ii)所述水平化的加速度计读数的缓冲历史，(iii)平滑版本的所述水平化的加速度计读数，或(iv)平滑版本的所述水平化的加速度计读数的缓冲历史。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述加速度计以水平化的方向安装；以及
(b)其中所述加速度计没有以水平化的方向安装，并且其中所述设备包括用于计算横摇和俯仰角的装置，其中在水平化加速度计读数中使用所述横摇和俯仰角，以获得加速度读数的水平化的水平分量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加速度计没有以水平化的方向安装，并且其中使用以下中的至少一者来计算所述横摇和俯仰角：(i)所述加速度计读数或平均的加速度计读数，(ii)陀螺仪读数，其中所述设备包括能够提供所述陀螺仪读数的陀螺仪传感器，和(iii)集成的导航解决方案，其中所述设备包括用于运行集成的导航解决方案的装置。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述设备和平台之间的航向错位角度使用下列之一：(i)沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量；(ii)沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量的缓冲历史；(iii)沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量的缓冲历史的和；(iv)沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量的平滑版本；或(v)沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量的缓冲历史的平滑版本。
11.如权利要求1、7、8、9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将计算的所述航向错位角度平均、平滑或滤波。
12.如权利要求1、7、8、9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下中的至少一者：(i)检查所检测的航向错位改变是否为正确的，和(ii)检查所检测的航向错位改变是否为噪声，并且如果航向错位改变为噪声则防范所述航向错位改变。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下中的至少一者：(i)检查所检测的航向错位改变是否为正确的，和(ii)检查所检测的航向错位改变是否为噪声，并且如果航向错位改变为噪声则防范所述航向错位改变。
14.如权利要求1、7、8、9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将根据所述方法确定的航向错位与用来确定所述设备和所述平台之间的航向错位的一种或更多种其他方法结合。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将根据所述方法确定的航向错位与用来确定所述设备和所述平台之间的航向错位的一种或更多种其他方法结合。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将根据所述方法确定的航向错位与用来确定所述设备和所述平台之间的航向错位的一种或更多种其他方法结合。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将根据所述方法确定的航向错位与用来确定所述设备和所述平台之间的航向错位的一种或更多种其他方法结合。
18.如权利要求1、7、8、9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
22.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
24.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法在下列情形下：
(a)其中所述设备可在所述平台内运动，所确定的航向错位为下列之一：(i)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度，(ii)随着运行可以改变的连续的航向错位角度，或(iii)所述设备和所述平台之间的初始航向错位角度以及所述设备和所述平台之间的连续的航向错位角度的二者，或者
(b)其中所述设备固定于所述平台内，可以用所述方法来计算所述设备和所述平台之间的安装航向错位。
26.一种拥有在平台内约束或非约束移动性的设备，所述设备包括：
a.能够提供传感器读数的传感器，其中所述传感器包括有至少两个轴的至少一个加速度计；和
b.至少一个处理器，所述处理器被耦合成接收来自所述传感器的读数，并且可操作以确定所述设备和所述平台之间的航向错位，其中所述处理器可操作以：
i)检测所述平台的加速度或减速度；
ii)获得来自所述加速度计的、沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量；和
iii)当检测到加速度或减速度，通过使用沿着所述设备的前向和横向轴线的加速度读数的水平化的水平分量，计算所述设备和所述平台之间的航向错位角度。
27.如权利要求26所述的设备，其特征在于，所述处理器(i)在缺失绝对导航信息中操作，和(ii)当绝对导航信息可获得时操作。
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